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DE102004022622B4 - Magnetic sensor arrangement and a method for its production - Google Patents

Magnetic sensor arrangement and a method for its production Download PDF

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DE102004022622B4 DE200410022622 DE102004022622A DE102004022622B4 DE 102004022622 B4 DE102004022622 B4 DE 102004022622B4 DE 200410022622 DE200410022622 DE 200410022622 DE 102004022622 A DE102004022622 A DE 102004022622A DE 102004022622 B4 DE102004022622 B4 DE 102004022622B4
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Abstract

Es wird eine Magnetsensoranordnung mit mindestens einem magnetfeldempfindlichen Sensorelement (5) vorgeschlagen, dessen elektrische Eigenschaften in Abhängigkeit von einem Magnetfeld eines Arbeitsmagneten (2) veränderbar sind, das durch ein bewegtes passives Geberelement beeinflussbar ist. Es ist weiterhin ein Flussleitelement zwischen dem Sensorelement und dem Arbeitsmagneten vorhanden, wobei das Flussleitelement aus einer magnetischen Flussleitpaste (6) als Klebepaste besteht, die auch eine mechanische Verbindung des Arbeitsmagneten (2) mit dem Sensorelement (5) bewirkt.It is proposed a magnetic sensor arrangement with at least one magnetic field-sensitive sensor element (5) whose electrical properties in response to a magnetic field of a working magnet (2) are variable, which can be influenced by a moving passive encoder element. Furthermore, there is a flux-conducting element between the sensor element and the working magnet, the flux-conducting element consisting of a magnetic flux-conducting paste (6) as adhesive paste, which also effects a mechanical connection of the working magnet (2) to the sensor element (5).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Magnetsensoranordnung, insbesondere zur Sensierung einer Bewegung oder einer Position von linear oder rotatorisch bewegten Geberelementen, nach den gattungsgemäßen Merkmalen des Hauptanspruchs.The invention relates to a magnetic sensor arrangement, in particular for sensing a movement or a position of linear or rotationally moving donor elements, according to the generic features of the main claim.

Es ist an sich bekannt, dass magnetfeldempfindliche Sensoren in vielen Bereichen Anwendung finden, bei denen eine berührungsfreie Detektierung einer Bewegung oder einer Position gewünscht ist. Beispielsweise wird bei passiven Geberelementen, die aus einem weichmagnetischen Material bestehen, das magnetische Feld durch einen Arbeitsmagneten erzeugt, der fest mit dem Sensorelement verbunden ist. Das Sensorelement misst die Beeinflussung des Magnetfeldes des Arbeitsmagneten, die durch die Bewegung der Geberelemente hervorgerufen wird.It is well-known that magnetic-field-sensitive sensors are used in many fields in which a non-contact detection of a movement or a position is desired. For example, in passive donor elements, which consist of a soft magnetic material, the magnetic field generated by a working magnet, which is firmly connected to the sensor element. The sensor element measures the influence of the magnetic field of the working magnet, which is caused by the movement of the encoder elements.

Zur Verbesserung dieses Arbeitsfeldes im Magnetkreis kommen bei vielen Magnetsensoranordnungen Flussleitstücke oder Flussleitscheiben zum Einsatz. Diese bestehen aus festen, weichmagnetischen Materialien und werden in vielerlei Formen und Größen verwendet. Auf diese Flussleitstücke oder Flussleitscheiben werden die jeweils eingesetzten sensitiven Elemente, z. B. spezielle integrierte Schaltkreise, als magnetfeldempfindliche Sensoren positioniert.In order to improve this working field in the magnetic circuit, flux guides or flux guide disks are used in many magnetic sensor arrangements. These are made of solid, soft magnetic materials and are used in many shapes and sizes. On these flux guides or flow guide the particular sensitive elements used, for. B. special integrated circuits, positioned as magnetic field sensitive sensors.

Es ist aus der EP 0 489 111 B1 bekannt, dass ein Magnetsensor als Magnetfluss-Fühlelement ausgebildet ist, das in einer Tasche eines Gehäuses mit einem Magneten angeordnet ist. Hierbei wird das Fühlelement im Innenraum zwischen der Tasche und dem Fühlelement mit einer sog. Pottingverbindung umgossen bzw. eingebettet, die aber keine Klebepaste darstellt. Für sich gesehen ist hieraus weiterhin bekannt, dass in der Pottingverbindung magnetisch leitende Fragmente verteilt sind.It is from the EP 0 489 111 B1 known that a magnetic sensor is designed as a magnetic flux sensing element, which is arranged in a pocket of a housing with a magnet. Here, the sensing element is encapsulated or embedded in the interior between the pocket and the sensing element with a so-called. Potting compound, but which is not an adhesive paste. As such, it is further known that magnetically conductive fragments are distributed in the potting compound.

Ferner ist auch aus der US 5,828,940 für sich gesehen bekannt, dass ein magnetischer Flusskonzentrator aus einem Epoxy-Material hergestellt werden kann, welches ferromagnetische Materialien und ein Bindematerial enthält. Diese Entgegenhaltung beschreibt ein entsprechendes Herstellungsverfahren mit einer Maximierung der Dichte des Materials; eine Verwendung als Klebepaste ist auch hier nicht angesprochen.Furthermore, also from the US 5,828,940 known per se, that a magnetic flux concentrator can be made of an epoxy material containing ferromagnetic materials and a binder material. This reference describes a corresponding manufacturing process with a maximization of the density of the material; a use as an adhesive paste is not addressed here.

Ferner ist noch der DE 102 33 132 A1 zu entnehmen, dass zur Herstellung einer Koppelschicht zwischen einem Koppelelement und einem induktiven Sensor eine Kurzschlussleitung angebracht wird, die aus einem aufgedruckten Stoffgemisch mit elektrisch leitenden Partikeln besteht. Etwas Vergleichbares ist der DE 17 63 190 C3 zu entnehmen, bei der ein Spulenkern aus einem Polymermaterial besteht, das elektrisch leitende Teilchen aufweist. Klebepasten für die mechanische Anbindung von Magnetsensoren sind auch hieraus nicht zu entnehmen.Furthermore, it is still the DE 102 33 132 A1 can be seen that for the production of a coupling layer between a coupling element and an inductive sensor, a short-circuit line is attached, which consists of a printed substance mixture with electrically conductive particles. Something comparable is the DE 17 63 190 C3 can be seen in which a coil core consists of a polymeric material having electrically conductive particles. Adhesive pastes for the mechanical connection of magnetic sensors are also not apparent from this.

Aus der DE 197 53 775 A1 ist darüber hinaus noch beispielsweise bekannt, dass bei einer Magnetsensoranordnung mit einem Hallelement als Wegsensor auch Flussleitstücke aus magnetisch leitendem Material zur Lenkung der Magnetflusslinien verwendet werden.From the DE 197 53 775 A1 Moreover, it is also known, for example, that in a magnetic sensor arrangement with a Hall element as a displacement sensor, flux conducting pieces made of magnetically conductive material are also used to guide the magnetic flux lines.

Bei der Herstellung solcher Magnetsensoranordnungen mit separaten Flussleitstücken kann es eventuell nachteilig sein, dass eine große Anzahl von Prozessschritten zum Fügen der Anordnung erforderlich ist. Weiterhin stellt die begrenzte Verfügbarkeit von Blechen beliebiger Abmaße als Flussleitstücke oder -scheiben und die schwierige Bearbeitbarkeit der zumeist dünnen Werkstoffe, z. B. das Verbiegen beim Stanzvorgang und die schwierige Positionierung bzw. Fixierung der sensitiven Elemente relativ zum Magneten, ein Problem dar.In making such magnetic sensor assemblies with separate flux guides, it may be disadvantageous that a large number of process steps are required to join the assembly. Furthermore, the limited availability of sheets of any size than flux guides or discs and the difficult machinability of mostly thin materials, eg. B. the bending during the punching process and the difficult positioning or fixation of the sensitive elements relative to the magnet, a problem.

An sich sind aus der WO 03/041095 A1 sogenannte Ferrofluide bekannt, die jedoch keinerlei Klebeeigenschaften aufweisen.In itself are from the WO 03/041095 A1 so-called ferrofluids known, however, which have no adhesive properties.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Eine Magnetsensoranordnung der eingangs angegebenen Art weist mindestens ein magnetfeldempfindliches Sensorelement auf, dessen elektrische Eigenschaften in Abhängigkeit von einem Magnetfeld eines Arbeitsmagneten veränderbar sind. Das Arbeitsmagnetfeld ist durch ein bewegtes passives Geberelement beeinflussbar und es wird mit einem Flussleitelement, das erfindungsgemäß aus einer magnetischen Flussleitpaste besteht, das Arbeitsmagnetfeld unterstützt und gleichzeitig zwischen dem Sensorelement und dem Arbeitsmagneten in vorteilhafter Weise zusätzlich eine mechanische Verbindung hergestellt.A magnetic sensor arrangement of the type specified has at least one magnetic field-sensitive sensor element whose electrical properties are variable as a function of a magnetic field of a working magnet. The working magnetic field can be influenced by a moving passive transmitter element, and the working magnetic field is supported by a flux conducting element, which consists of a magnetic flux conducting paste according to the invention, and at the same time, in addition, a mechanical connection is produced between the sensor element and the working magnet.

Bevorzugt ist hierbei die Flussleitpaste aus einer Klebepaste gebildet, die mit magnetisch leitenden Partikeln gefüllt ist. Die Klebepaste als Basis kann beispielsweise aus einer Epoxidklebemischung gebildet sein und die magnetisch leitenden Partikel in der Flussleitpaste sind ein Material mit weichmagnetischen Eigenschaften, zum Beispiel ein MnZnFe-Pulver.In this case, the flux-conducting paste is preferably formed from an adhesive paste which is filled with magnetically conductive particles. The adhesive paste as the base may be formed of, for example, an epoxy adhesive mixture, and the magnetic conductive particles in the flux conductive paste are a material having soft magnetic properties, for example, a MnZnFe powder.

Für sich gesehen sind magnetische Lacke und Emulsionen bereits bei Magnetbändern, Magnetkarten und sogenannten magnetischen Encodern bekannt. Sie bestehen hier aus hartmagnetischen Pulvern, die in eine Klebstoffmatrix eingebettet sind. Die Klebeeigenschaften beschränken sich hier jedoch auf die Adhäsion des Films auf seinen Träger und besitzen keine weitergehenden Funktionen. Sie erfüllen keine Zusatzbedingungen, wie z. B. Kopplung als Klebstoff zwischen zwei Elementen, mit Berücksichtigung von thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wie es beim Kleben von integrierten Schaltungen auf einen Träger unbedingt erforderlich ist, wenn mechanische Spannungen vermieden werden müssen.By itself, magnetic paints and emulsions are already known in magnetic tapes, magnetic cards and so-called magnetic encoders. They consist of hard magnetic powders embedded in an adhesive matrix. However, the adhesive properties here are limited to the adhesion of the film to its support and have no other functions. They do not fulfill additional conditions, such as B. Coupling as an adhesive between two elements, taking into account thermal expansion coefficients, as is absolutely necessary in the bonding of integrated circuits on a support when mechanical stresses must be avoided.

Gemäß der Erfindung wird in vorteilhafter Weise die Kombination der magnetischen Flussleitung und der Klebefunktion in einer Schicht verwirklicht. Die dazu verwendete magnetische Flussleitpaste dient zum Verbinden eines verpackten IC's als integrierter Schaltung beziehungsweise eines unverpackten Siliziumchips als Sensorelement mit einem Arbeitsmagneten und gleichzeitig zur Homogenisierung des magnetischen Feldes dieses Arbeitsmagneten im Sensorelement unter Berücksichtigung der beispielsweise im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik benötigten Parameter wie z. B. hohe Temperaturstabilität und angepasster thermischer Ausdehnungskoeffizient.According to the invention, advantageously, the combination of the magnetic flux line and the adhesive function in one layer is realized. The magnetic flux paste used for connecting a packaged IC as an integrated circuit or an unpacked silicon chip as a sensor element with a working magnet and at the same time for homogenizing the magnetic field of this working magnet in the sensor element taking into account, for example, in the field of automotive technology required parameters such. B. high temperature stability and adjusted thermal expansion coefficient.

Bei der Erfindung wird eine Klebepaste mit den magnetisch leitenden Partikeln gefüllt und somit wird in besonders vorteilhafter Weise die Kombination von Klebe- und Flussleiteigenschaften realisiert. Dabei lassen sich durch Siebdruck oder Dispensen annähernd beliebige Formen und Dicken der magnetischen Flussleitpaste herstellen. Des Weiteren lässt sich auch auf einfache Weise die Fertigungstiefe bei dem Herstellungsverfahren für die Magnetsensoranordnung reduzieren, da die Zahl der Prozessschritte durch die Kombination von Klebe- und Flussleitfunktion reduziert wird.In the invention, an adhesive paste is filled with the magnetically conductive particles, and thus the combination of adhesive and flow-guiding properties is realized in a particularly advantageous manner. By screen printing or dispensing, almost any shape and thickness of magnetic flux paste can be produced. Furthermore, the vertical range of manufacture in the manufacturing process for the magnetic sensor arrangement can also be reduced in a simple manner, since the number of process steps is reduced by the combination of adhesive and flux-conducting function.

Durch die Einsparung eines Elements lässt sich weiterhin die Positioniergenauigkeit des IC's als Sensorelement deutlich verbessern.By saving an element can continue to improve the positioning accuracy of the IC as a sensor element significantly.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention will be explained with reference to the drawing. Show it:

1 eine Prinzipansicht einer Magnetsensoranordnung nach dem Stand der Technik mit einem separaten Flussleitstück zwischen dem Sensorelement und einem Arbeitsmagneten und 1 a schematic view of a magnetic sensor assembly according to the prior art with a separate flux guide between the sensor element and a working magnet and

2 ein Ausführungsbeispiel einer Magnetsensoranordnung mit einer Flussleitpaste zwischen dem Sensorelement und dem Arbeitsmagneten. 2 An embodiment of a magnetic sensor arrangement with a Flussleitpaste between the sensor element and the working magnet.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In 1 ist eine Prinzipansicht einer Magnetsensoranordnung 1 nach dem Stand der Technik gezeigt, bei der auf einem Arbeitsmagneten 2 ein Flussleitstück 3 bzw. eine Flussleitscheibe angebracht ist. Über eine Klebstoffschicht 4 ist eine verpackte integrierte Schaltung bzw. ein unverpackter Siliziumchip als Sensorelement 5 zur berührungsfreien Detektierung der Bewegung oder der Position eines oberhalb des Sensorelements 5 befindlichen, hier nicht gezeigten Geberelements befestigt.In 1 is a schematic view of a magnetic sensor assembly 1 shown in the prior art, in which on a working magnet 2 a flux conductor 3 or a Flußleitscheibe is attached. Over an adhesive layer 4 is a packaged integrated circuit or an unpackaged silicon chip as a sensor element 5 for non-contact detection of the movement or the position of one above the sensor element 5 located, not shown donor element attached.

In 2 ist eine Prinzipskizze für die erfindungsgemäße Anbringung des Sensorelements 5 an der Magnetsensoranordnung 1 mit Einsatz einer magnetischen Flussleitpaste 6 dargestellt. Es ist hier zu erkennen, dass eine Reduktion der Bauteile und damit auch eine verbesserte Positionierung des Sensorelements 5 erreicht werden kann. Außerdem verringert sich der Abstand vom Siliziumchip als Sensorelement 5 zum Arbeitsmagneten 2, was zu einer zusätzlichen Erhöhung der magnetischen Flussdichte im Sensorelement 5 führt.In 2 is a schematic diagram of the inventive attachment of the sensor element 5 at the magnetic sensor arrangement 1 using a magnetic flux paste 6 shown. It can be seen here that a reduction of the components and thus also an improved positioning of the sensor element 5 can be achieved. In addition, the distance from the silicon chip as a sensor element decreases 5 to the working magnet 2 , resulting in an additional increase in the magnetic flux density in the sensor element 5 leads.

Die Flussleitpaste 6 kann dabei sehr einfach an die unterschiedlichen Formen des Arbeitsmagneten 2 angepasst werden. Zur Herstellung der magnetischen Flussleitpaste 6 kann als Basis eine herkömmliche Epoxidklebstoffmischung benutzt werden, die mit einem Material mit weich magnetischen Eigenschaften, z. B. MnZnFe-Pulver, versetzt wird. Die weich magnetischen Eigenschaften der magnetischen Flussleitpaste 6 lassen sich dabei über den Füllgrad sowie die genaue Pulverzusammensetzung einstellenThe flux paste 6 can be very easy to the different shapes of the working magnet 2 be adjusted. For the production of magnetic flux paste 6 For example, as a base, a conventional epoxy adhesive mixture may be used, which may be coated with a material having soft magnetic properties, e.g. As MnZnFe powder is added. The soft magnetic properties of the magnetic flux paste 6 can be adjusted by the degree of filling and the exact powder composition

Claims (6)

Magnetsensoranordnung mit mindestens einem magnetfeldempfindlichen Sensorelement (5) dessen elektrische Eigenschaften in Abhängigkeit von einem Magnetfeld eines Arbeitsmagneten (2) veränderbar sind, das durch ein bewegtes Geberelement beeinflussbar ist und mit einem Flussleitelement (3; 6) zwischen dem Sensorelement (5) und dem Arbeitsmagneten (2), dadurch gekennzeichnet, dass – das Flussleitelement aus einer magnetischen Flussleitpaste (6) besteht, die eine mechanische Verbindung des Arbeitsmagneten (2) mit dem Sensorelement (5) bewirkt und dass – die Flussleitpaste (6) aus einer Klebepaste gebildet ist, die mit magnetisch leitenden Partikeln gefüllt ist.Magnetic sensor arrangement with at least one magnetic field-sensitive sensor element ( 5 ) whose electrical properties as a function of a magnetic field of a working magnet ( 2 ) are variable, which can be influenced by a moving donor element and with a flux guide ( 3 ; 6 ) between the sensor element ( 5 ) and the working magnet ( 2 ), characterized in that - the flux-conducting element consists of a magnetic flux-conducting paste ( 6 ), which is a mechanical connection of the working magnet ( 2 ) with the sensor element ( 5 ) and that - the flux conductive paste ( 6 ) is formed from an adhesive paste which is filled with magnetically conductive particles. Magnetsensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Klebepaste als Basis aus einer Epoxidklebemischung gebildet ist.Magnetic sensor arrangement according to claim 1, characterized in that - The adhesive paste is formed as a base of a Epoxidklebemischung. Magnetsensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die magnetisch leitenden Partikel in der Flussleitpaste (6) ein Material mit weichmagnetischen Eigenschaften ist.Magnetic sensor arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that - the magnetically conductive particles in the flux-conducting paste ( 6 ) is a material with soft magnetic properties. Magnetsensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – das Material mit den weichmagnetischen Eigenschaften ein MnZnFe-Pulver ist.Magnetic sensor arrangement according to claim 3, characterized in that - The material with the soft magnetic properties is a MnZnFe powder. Verfahren zur Herstellung einer Magnetsensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – auf den Arbeitsmagneten (2) die Flussleitpaste (6) aufgetragen und anschließend das Sensorelement (5) mit der Flussleitpaste (6) verbunden wird.Method for producing a magnetic sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that - on the working magnet ( 2 ) the flux conductive paste ( 6 ) and then the sensor element ( 5 ) with the flux conductive paste ( 6 ) is connected. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Flussleitpaste (6) mittels eines Siebdruckverfahrens aufgetragen wird.Method according to claim 5, characterized in that - the flux conductive paste ( 6 ) is applied by means of a screen printing process.
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